[发明专利]水性聚合物分散体、制备其的方法和上浆纤维束

说明书

公开的各个实施方式涉及水性分散体。该水性分散体包括多个颗粒。每个颗粒包括聚碳酸酯组分。该聚碳酸酯组分的各个颗粒具有基本相同的尺寸。该分散体还包括增塑剂组分和表面活性剂组分。在一个实施方式中，上浆的碳纤维丝束可以包括：碳纤维丝束上的聚碳酸酯浆料，其中聚碳酸酯浆料具有小于10ppm，优选小于5ppm，或小于2ppm的挥发性有机化合物浓度；和碳纤维丝束的至少0.5wt％的平均浆料含量且变异系数小于15％，优选小于11％。

相关申请的引证

本申请要求享有2017年8月1日提交的美国临时申请序列号62/539,859和2017年8月1日提交的印度申请序列号IN/2017/41027229的优先权，这两个申请都以其全部内容结合于本文中。

技术领域

本公开涉及水性聚合物分散体和上浆的碳纤维丝束，并且具体涉及具有低挥发性有机化合物(VOC)浓度的上浆的碳纤维丝束及其制备方法。

背景技术

在成膜/涂层领域中，工业上采用的现有方法主要基于溶液浸渍，通常受法规遵从性的限制，这也提供了对粒径/形态学的有限的控制/无控制。

用于生产定制的超细聚合物粉末的常规使用技术包括，例如，机械/低温研磨，喷射研磨和沉淀。

这些方法的局限性包括难以形成具有良好受控形态(在粒径/分布方面)的规则尺寸的颗粒。粒径不均匀的分散体会导致较差的表面覆盖率。另外，由于在成膜期间的堆积缺陷，可能导致外观/光泽不均匀。这会导致低生产量和不良材料性能。

作为与这些用于形成粉末的这些技术中的一些相关的问题的实例，例如，研磨会产生具有不规则形状和尖锐边缘的颗粒。在当前的市售选择性激光烧结(SLS)粉末中，粒径可以为40至60微米，并且可以具有通过研磨获得的类似马铃薯的形态。为了获得规则的形状和纹理，经常需要进行后处理以使尖边缘变圆，由此增加了处理成本。另外，纤维的上浆可能需要明显更小的颗粒/分散体，以确保最佳的浸渍和热力学浸润。因此，工业上的许多技术产生的颗粒形状都不太规则或太大而不能很好地适合于许多应用。

粉末可以以分散体形成，其可以用于例如上浆纤维和纤维股线。上浆的碳纤维具有增强的层间剪切强度(ILSS)，导致纤维基质粘合性改进，由此增强复合材料的期望性能。另外，上浆的碳纤维通过改进纤维束内聚力、铺展性、抗起毛性、纤维光滑度、耐磨性和可卷绕性而使加工性改善。因此，对增强纤维进行上浆是制备市售的纤维增强复合材料的关键步骤。

评价上浆质量的一个关键参数是上浆程度或整个纤维上的浆料含量。均匀的浆料含量可以提供必要的基质-纤维粘合质量，导致复合材料具有改进的性能。此外，通过使用与要分散的上浆碳纤维的基质相同的材料的浆料，可以进一步改善基质-纤维粘附性和润湿性。随着消费电子行业的指数增长，对耐用、轻便且满足客户审美目标的产品开发的需求目前比以往任何时候都要多。如聚碳酸酯树脂的聚合物材料是一种这样的材料，其满足该标准并且由于其低重量、高光学透明度和高冲击强度而广泛用于消费电子工业。过去已经探索了使用聚碳酸酯作为浆料的可能性。

授予Peterson等人的美国专利4,416,924A(1983年11月22日公开)公开了一种用于碳纤维上浆的聚碳酸酯浆料组合物。如该专利中所公开的，有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮或二氯甲烷可以用于分散聚碳酸酯树脂而获得期望的分散特性和上浆质量。然而，随着环境和产品安全法规的提高，上浆组合物中使用有机溶剂是不期望的，因为即使在最终复合材料产品中微量含量也可能引起法规禁止和严厉处罚。作为有机溶剂的替代品，已经探讨水性聚碳酸酯分散体用于上浆。

尽管基于聚碳酸酯的水性分散体在上浆应用中是期望的，但具有一些固有的缺点，如树脂粒径分布不均匀，导致增强纤维上的浆料含量不合适。粒径不均的分散体会导致表面覆盖率差。另外，由于在膜/上浆形成期间的堆积缺陷，可能引起外观/光泽不均匀。这可能导致生产量低和复合材料产品性能不良。纤维上浆的应用可能需要显著更小的颗粒/分散体，才能确保最佳浸渍和热力学浸润。